Révolutionner la production verte d’hydrogène avec des photocatalyseurs avancés à l’université d’État de l’Oregon

ParisDes chercheurs de l'Université d'État de l'Oregon ont mis au point un nouveau matériau capable de produire efficacement de l'énergie propre à partir de la lumière solaire et de l'eau. Ce matériau agit comme un photocatalyseur, facilitant la production d'hydrogène. L'hydrogène est crucial pour les piles à combustible dans les voitures, la fabrication de produits chimiques comme l'ammoniac, le raffinage des métaux et la production de plastiques. Cette découverte pourrait représenter une nouvelle méthode puissante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le changement climatique.

Kyriakos Stylianou et son équipe du Collège des sciences de l'OSU étudient les structures métallo-organiques (MOFs). Ces matériaux, dotés de minuscules pores, peuvent être ajustés pour diverses applications. Les MOFs sont composés d'ions métalliques reliés par des molécules organiques.

Dans cette étude, l'équipe a utilisé :

• Oxyde de ruthénium
• Oxyde de titane
• Dopage au soufre et à l'azote

pour créer une hétérojonction, une combinaison de deux matériaux aux propriétés complémentaires, améliorant la capacité du photocatalyseur à dissocier l'eau en hydrogène sous l'effet de la lumière solaire. Ils ont nommé ce nouveau matériau RTTA.

En testant différents types de RTTAs avec des quantités variables d'oxydes, ils ont découvert que le RTTA-1 était le plus efficace. Le RTTA-1, qui contient la plus faible quantité d'oxyde de ruthénium, a produit de l'hydrogène le plus rapidement et avec un rendement quantique élevé. En une heure, un gramme de RTTA-1 a généré plus de 10 700 micromoles d'hydrogène.

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Stylianou a indiqué que RTTA-1 donne de bons résultats grâce aux propriétés des oxydes métalliques et celles de la surface du MOF original qui se combinent de manière efficace. Cette nouvelle approche rend la production d'hydrogène plus durable et plus efficiente.

Produire de l'hydrogène à partir d'eau avec ce nouveau photocatalyseur est plus propre que l'utilisation du gaz naturel. Habituellement, l'hydrogène est fabriqué par reformage du méthane à la vapeur, ce qui émet du dioxyde de carbone. La nouvelle méthode utilise l'énergie solaire, constituant ainsi une solution plus respectueuse de l'environnement.

La production d'hydrogène par électrocatalyse nécessite le passage d'un courant électrique à travers un catalyseur, mais pour être durable, elle doit dépendre des énergies renouvelables. De plus, le coût doit être compétitif par rapport à la méthode de reformage à la vapeur de méthane, qui génère de l'hydrogène à environ 1,50 $ par kilogramme, contre 5 $ par kilogramme pour l'hydrogène vert.

Stylianou a expliqué que l'eau représente une source abondante d'hydrogène et que l'on peut utiliser la lumière du soleil pour le produire via la photocatalyse. Bien que l'oxyde de ruthénium soit coûteux, la petite quantité requise dans le RTTA-1 en réduit l'impact financier pour une utilisation industrielle. Si le catalyseur reste stable et fiable, le coût du faible volume d'oxyde de ruthénium devient moins préoccupant.